钻井设备完整性管理系统技术架构如图1所示。该系统技术架构由感知层、平台层、应用层构成。

图1

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	图1 系统技术架构

感知层以设备为中心实现在线、离线等各种异构数据的整合建模。通过各设备传感器实时采集设备参数数据, 并经由现场网络进行数据上传。平台层提供数据存储、设备预警算法模型以及开发工具等核心能力, 并与EISC数据进行数据共享, 同时对各设备参数数据实时在线分析与预警。应用层实现对设备的全生命周期管理和状态监控展示, 为不同层级的设备管理者提供决策和优化建议。系统通过建立钻井、录井、顶驱、压裂4个二级单位设备台账、配套清单以及设备技术档案, 实现设备分层分级管理、审批、统计分析, 梳理和优化现有设备管理流程, 完成设备从运行到封存等各环节信息化管理, 并可自动生成相关设备报表, 实现设备管理无纸化办公, 满足设备完整性管理需求。

该系统建立了总部机关、二级单位机关、二级单位项目部、基层队的四级组织架构, 根据用户所属的不同层级, 搭建个性化门户, 满足不同侧重点的管理需求。

四级组织架构分别以L1、L2、L3、L4表示。L1级为决策控制层（总部机关）, 全面掌握公司设备管理状态, 组织开展设备完整性管理, 审批业务流程, 查询、跟踪各类数据, 并发布文件、通知和信息。L2级为单位管理层（二级单位机关）, 全面掌握本单位设备管理状态, 组织开展设备完整性管理, 审批业务流程, 查询、跟踪各类数据, 并发布本单位文件、通知及信息。L3级为项目部管理层（二级单位项目部）, 负责本项目部业务流程审批等管理工作, 支持项目设备信息查询, 满足完整性管理需求。L4级为任务层（基层队）, 掌握基层队的设备基础信息, 组织落实本队设备完整性管理工作。

系统功能架构主要包含“ 终端、用户、应用层、应用支撑层、数据层、物联网” 六大层级, 具体内容如图2所示。终端同时支持PC端与移动端, 适应不同作业场景。用户群体按管理层级覆盖总部机关、二级单位机关、二级单位项目部与基层队, 实现统一入口、分级使用与纵向贯通。应用层通过接口实现外部系统集成, 保证跨系统的数据互通与业务协同, 整体分为基础数据、完整性管理、电（气）代油管理、文档管理、决策分析、系统管理6项功能模块。前端由基础数据模块沉淀设备台账、配套清单与技术档案等核心数据基础, 并通过多级门户将不同专业与岗位的常用功能聚合展示; 在此基础上, 围绕设备全生命周期的使用、运行、维修、检验检测等业务形成闭环管理。同时, 系统集成电（气）代油管理、文档管理与决策分析等模块, 支撑能源数据管理、制度文件下发查询、报表统计与年度分析等管理需求。系统管理模块提供访问入口页面展示与分级授权的业务服务, 并由应用支撑层的配置能力提供保障, 在多层级场景下实现统一入口与分级授权, 保障了系统的综合能力。应用支撑层包含用户管理、权限管理、组织结构、字典管理、自定义报表、自定义流程和消息管理7部分, 为上层应用层提供流程与调度服务, 保障业务逻辑的高效复用与系统的稳定扩展。数据层依托底层物联网的采集能力, 以人员数据、组织机构数据、基础台账数据、技术档案数据、完整性管理数据及决策分析数据等为核心支撑, 构建统一的数据存储与管理中心, 为上层的智能分析与业务应用提供高质量、一致性的数据保障^[10]。物联网数据采集通过协议解析、传感器接入与实时传输, 将关键设备状态数据汇入平台, 从而实现预警对接、工单处理与提醒推送, 为设备安全管理提供横向支撑。

图2

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	图2 系统功能架构

2.1.1 设备分级分类

如图3所示, 在基础数据管理中, 系统构建了以“ 设备台账” 为核心的主数据结构框架, 通过分类、分级、种类、状态、特性五维体系实现规范化约束。分类与种类维度确立了设备统一编码规则（如“ GWDC-二级单位代码-名称代码-设备代码” ）, 保障跨专业识别与系统对接; 分级维度（A/B/C级）确立了设备重要度差异, 支撑分层管控与资源配置优化; 状态维度涵盖全生命周期运行及技术等级, 动态刻画设备健康水平; 特性维度固化关键技术参数, 为维保、验收等业务流程提供参数基准。该五维编码体系奠定了设备台账的标准化基础, 确保了全矿区数据口径的一致性与业务流程的可追溯性。

图3

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	图3 设备主数据结构

2.1.2 设备台账及配套清单

设备台账及配套清单是实现“ 设备全生命周期可追溯” 的关键载体。系统以单台设备为核心对象, 经由“ 钻机设备技术档案” 入口, 统一归集并固化设备的唯一标识、组织归属及多维标准字段, 确保多层级、多业务口径下的信息一致性。在“ 配套清单” 管理方面, 系统将关键部件、附属装备与备品备件以结构化方式挂接至主台账, 为调拨、检修及验收等业务提供精确的配置依据。同时, 台账与技术档案深度融合, 将保养记录、技术参数、费用变更及检测试验等信息进行同屏关联, 实现台账、事件、费用与技术文档的多维一体化归档。由于设备数据的完整性与关联追溯能力大幅提升, 为后续流程闭环与管理决策提供了可信的数据基础^[11]。

设备完整性管理模块面向钻井装备全生命周期维护, 以闭环管理为主线, 贯通从计划制定到追溯复盘的全流程, 实现业务规范化与全程追溯。该模块按业务链条构建了涵盖运行、维修、检查、调拨等核心功能的集中化界面。以维修管理为例, 系统精细覆盖了计划编制、审批至验收归档的全流程子场景。通过将工程明细、单据费用等业务数据与设备台账及技术档案深度贯通, 系统自动沉淀出可统计的维修保养历史与状态轨迹, 进而为分级管控、资源优化与风险预防提供数据支撑。此外, 模块赋能多层级单位依权限开展线上协同, 推动设备管控由线下分散向线上闭环演进, 显著提升了执行效率与管理透明度。

电（气）代油管理模块面向钻井现场能源替代与消耗管控需求, 以数据记录与统计分析为主线, 实现电代油、气代油业务的规范化和可量化管理。系统提供电代油数据日报与气代油数据日报填报界面, 支持按井队、钻机或项目等维度采集当日运行与消耗信息, 形成连续、可追溯的日常数据链。基于日报数据, 模块自动汇聚生成节能减排统计报表, 按时间区间与组织单元开展多维度统计分析, 形成替代量、用能量、折算量及费用等关键指标的汇总结果, 为能源管理考核、节能减排评估与趋势判断提供有力的数据支撑。通过将源头填报、过程校核与报表输出贯通, 有效降低了人工汇总与口径不一致带来的管理成本, 该模块提升了数据完整性与一致性, 并为后续异常波动识别、精细化用能管控及绿色低碳管理目标的实现提供依据。

2.4.1 文件及资料管理

文件及资料管理模块用于实现设备管理资料的集中归档与受控流转, 提升制度执行的一致性与过程可追溯性。模块提供文件发放与文件接收两类核心功能, 支持对文件名称、编号、发布单位、接收对象与时间等信息进行登记, 并对接收状态进行跟踪, 保证制度、通知及技术文件能够按组织层级准确下达并形成闭环回执。在资料沉淀方面, 模块将操作手册与技术文档纳入统一管理界面, 支持按设备、专业或业务场景进行分类维护与附件上传, 实现文档与设备台账的关联存储, 便于现场人员快速检索与调用。系统同时保留关键元数据与版本信息, 形成可审计的文档生命周期记录, 为后续检查评估、事故追溯及经验复盘提供依据。通过将文档发放、接收确认与知识沉淀一体化实现, 该模块有效降低纸质传递与分散存储带来的管理成本, 促进设备管理知识的标准化共享与持续更新。

2.4.2 报表管理

报表管理模块面向设备完整性管理中的制度化、标准化与可追溯需求, 围绕“ 报表生成、填报提交、归档查询” 的业务链条, 实现季度报表与年度报表的统一管理。系统在季度与年度两个时间维度下, 提供报表填报入口与查询入口, 支持按不同专业与管理对象组织报表类型, 形成覆盖设备管理、重点装备管理、工程技术质量、人员状况等主题的报表体系。通过模块化的表单填报与在线提交机制, 系统将原先分散的线下报表收集流程转化为线上规范流转, 提升填报时效与数据口径一致性; 同时, 通过集中化归档与多条件检索能力, 实现历史报表的快速查询与对比分析, 为开展阶段性评估、问题追踪与整改闭环提供依据。该模块在功能上与基础数据及完整性管理业务相互衔接, 可将关键统计信息沉淀为组织级、专业级的管理记录, 减少重复统计与人工汇总成本, 增强设备管理过程的可审计性与可追溯性, 从而支撑设备完整性管理的持续改进与规范化运行。

决策分析模块面向管理层对关键钻井装备运行状态与管理绩效的综合掌握需求, 提供可视化展示与指标化分析能力。如图4所示, 模块以三维模型与设备信息面板相结合的方式, 将井架、顶驱、铁钻工、钻井液泵等关键装备的结构对象、运行参数、状态信号与事件信息集中呈现, 实现设备状态的直观识别与快速定位。系统在统一数据基础上对设备台账、检维修记录、运行状态与费用等信息进行关联汇聚, 形成设备层面的状态概览、健康趋势与关键指标统计, 支持按“ 装备类型、单位层级与时间区间” 开展对比分析及异常识别。通过对重点设备的状态变化与维护记录进行联动分析, 模块可为维修计划优化、备件资源配置与风险预控提供依据, 并辅助开展阶段性管理评估与绩效考核。该模块将分散的现场信息转化为可量化、可追溯的管理信息输出, 提高设备管理的透明度与决策效率, 为设备完整性管理体系的持续改进与精细化管控提供支撑。

图4

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	图4 设备智能监控图

系统管理提供配置与访问控制能力, 是保障设备完整性管理系统规范运行与多层级推广应用的基础支撑。该模块主要包括菜单管理、权限管理、角色管理与用户管理等功能。菜单管理用于定义导航结构与菜单项归类, 完成菜单名称、功能入口与资源路径的统一配置, 从而实现系统功能的可配置化组织与可维护性提升^[3]。权限管理以功能点为粒度建立授权对象, 支持将页面访问、按钮操作及数据范围等权限进行集中管理, 为不同岗位的差异化使用提供约束。角色管理用于对权限集合进行组织, 将多项权限配置为可复用的角色模板, 从而减少授权维护成本, 并保证权限分配的一致性与可追溯性。用户管理实现用户信息维护与角色绑定, 通过用户与角色、角色与权限的关联关系, 确定用户可访问的菜单与可执行的业务操作。通过上述机制, 系统能够在总部机关、二级单位机关、二级单位项目部与基层队等多层级场景下实现统一入口与分级授权, 提升系统运行的安全性、合规性与可持续运维能力。

在应用形态上, 系统提供PC端网页与移动端APP双入口架构, 构建信息集成、设备状态监控、巡检维保、健康预警一体化应用闭环, 打通管理层级与现场执行端的业务链路。

在实际应用中, 管理人员通过PC端统一下发巡检计划与工作任务, 基层作业人员在移动端实时接收任务、现场采集数据并反馈结果, 审批流程在两端自动同步、无缝流转。实践表明, 多端口协同模式显著提升工单审批效率与设备巡检完成率, 有效保障设备完整性管控的及时性、规范性与可追溯性。

系统以PC端综合看板形式集中展示钻机装备完整性管理的核心指标。如图5所示, 首页界面汇总设备总量、在役状态与实时告警信息, 并通过环形图直观呈现设备类型分布与风险等级情况, 帮助管理人员快速掌握整体资产结构与薄弱环节。平台整合全国地图与数据明细表, 同步展示各区域设备分布与所属单位管理执行情况, 便于实施差异化的区域管控策略。

图5

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	图5 设备完整性管理系统设备看板

在实际应用中, 管理者依托看板快速定位某类设备的告警集中问题并组织专项排查; 总部可通过全国地图对比各区域设备完好率, 动态优化备件资源配置与分配计划。应用表明, 综合看板实现管理层对资产结构与风险态势的快速识别、精准研判, 预警响应效率较传统线下模式大幅提升, 为“ 问题发现-整改-验收” 闭环管理提供实时、直观、高效的决策支撑。

系统移动端聚焦现场作业执行与闭环管控, 全面强化一线落地能力。如图6所示, APP以“ 待办任务/已办任务” 为核心入口, 支持巡检、点检等任务的统一下发、实时接收与全过程跟踪, 具备台账调取、巡检记录、拍照留痕、文字描述、定位上传等功能, 现场提交的数据实时回传至管理平台, 自动驱动维修工单生成、流程审批与数据统计分析。

图6

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	图6 移动端APP功能

在实际应用中, 一线作业人员依托移动端APP开展现场作业, 待办任务自动提醒、检查项逐条对照、异常情况一键上报, 彻底告别纸质巡检记录与事后补录; 现场发现隐患或故障时, 可即时拍照、标注位置、描述问题并上传, 管理人员在PC端与手机端同步接收信息, 快速完成派工、审核与处置跟踪。针对偏远井场、移动作业场景, 移动端支持离线填报、联网自动同步, 确保数据不断档、任务不遗漏。应用表明, 移动端任务闭环流转机制显著提升现场巡检执行率, 拍照留痕与电子化上报有效保障了数据真实可追溯, 设备问题从发现到处置的平均周期大幅缩短, 现场管理效率与管控质量得到全面提升。